CN1185663A - 具有高发光效率的半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
一种半导体发光器件,其中以与半导体衬底1晶格失配的状态在半导体衬底1上形成发光层4,由此获得高效率发光。采用起发光复合中心作用的杂质对用做发光层基本材料的半导体材料掺杂。半导体衬底是GaP衬底1,用做发光层4基本材料的半导体材料是(AlXGa1-X)1-yInyP。采用作为形成施主能级的第一杂质的氮、氧、硒、硫或碲,和作为形成受主能级的第二杂质的镁、锌或镉,对此(AlXGa1-X)1-yInyP材料掺杂。
Description
本发明涉及一种半导体发光器件，特别是涉及一种具有由AlGaInP材料制造的发光层的发光二极管。
应予注意，术语“AlGaInp材料”是指(AlxGa1-x)1-yInyP的混晶比x，y在0≤x，y≤1的范围变化的材料。
(AlxGa1-x)1-yInyP材料在In的混晶比y＝0.51时呈现与GaAs衬底的晶格匹配。而且，在In的混晶比y＝0.51时，当Al的混晶比在x＝0-0.7的范围时，该材料变为直接跃迁(direct transition)式，在从红到绿的宽波长范围可以获得高亮度的发光。结果，近来(AlxGa1-x)1-yInyP材料开始广泛用做发光二极管的材料。作为这种(AlxGa1-x)1-yInyP族发光二极管，例如图8所示，已知的一种是在n型GaAs衬底212上，一个接一个地层叠n型GaAs过渡层211、n型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层203、非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210、p型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层205和p型GaP电流扩散层206。为了有效地把注入载流子俘获进有源层210，包覆层203、205的带隙设置成大于有源层210的带隙(DH(双异质结)结构)。此外，在GaAs衬底212的底表面设置n-侧电极207，在电流扩散层206的顶表面设置p-侧电极208。由于In的混晶比y设置成y＝0.51，其处于与GaAs衬底晶格匹配的范围，所以发光的(AlxGa1-x)1-yInyP材料(有源层210和包覆层203、205)的结晶性变好。结果，正如从图9A所示的能带可见，有源层210的导带底部(能量值Ec)附近和价带顶部(能量值Ev)附近均呈抛物线状，如图9B所示，导带和价带中载流子的态密度G(E)的峰值P10、P20分别大致为这些带的带端Ec、Ev。因此，(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210本身可以呈现相当高的内量子效率(这里指在p-n结周围电转换为光的效率)。
但是，对于图8的结构，由于GaAs衬底212的带隙是1.42eV(电子伏特)，发射的红至绿光被吸收，以致光输出降低至小于一半，这成为问题。当光发射材料由GaP、GaAsP、AlGaAs等制成时，由于GaAs衬底对发光波长是透明的，所以不可能发生因光被衬底吸收而导致的问题。但是，在发光材料由(AlxGa1-x)1-yInyP制成时，就使用GaAs衬底来说，这种光将会被衬底吸收，以致其外量子效率(这是指向外取出光的效率，有时简单称为“效率”或“发光效率”)将降低。
为了避免光被衬底吸收，已经提出一种发光二极管，如图10所示，其中在n型GaAs衬底301上，一个接一个地层叠n型GaAs过渡层311、n型分布布拉格反射(DBR)层313、n型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层303、非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层310、p型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层305和p型GaP电流扩散层306(应用物理通讯(Appl.Phys.Lett.)，第61卷，第15册，(1992)，1775-1777页)。此发光二极管中，将通过以适当的层厚度交替组合两种折射率不同的半导体层而形成的DBR层313设置在GaAs衬底301与n型包覆层303之间，以使有源层310发出的光被DBR层313向上反射，从而不到达GaAs衬底301侧。而且，已经提出了一种发光二极管，如图11所示，其通过在未示出的GaAs衬底上一个接一个地层叠n型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层403、非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层410、p型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层405和p型GaP电流扩散层406的步骤而制成，通过腐蚀去除GaAs衬底，然后用包覆层403的暴露表面(结部分)420与对红至绿的发光波长是透明的GaP衬底(具有2.27eV带隙)414接合(应用特理通讯(Appl.Phys.Lett.)，第64卷，第21册，(1994)，2839-2841页)。
但是，对于图10的发光二极管，从有源层310向下发出的光不会全部被DBR层313反射，以致部分光将被DBR层313透射，并被GaAs衬底301吸收。结果，这种发光二极管的发光效率仅能比图8的发光二极管提高约1.5倍。
同时，图11的发光二极管存在接合GaP衬底414的技术困难，这不适于批量生产。
在这些背景下，还提出了一种技术方案，即不在GaAs衬底上生长(AlxGa1-x)1-yInyP材料，而是在可以透过(AlxGa1-x)1-yInyP材料的发光波长(650-550nm)的衬底上生长，典型地是在上述Gap衬底(具有2.27eV带隙)上生长。亦即，如图6所示，提出了一种发光二极管的构思，其中在n型GaP衬底上生长n型GaInP过渡层104、n型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层103、非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层110、p型(AlxGa1-x)1-yInyP包覆层105和p型GaP电流扩散层106。
但是，如图5所示，在5.451的GaP晶格常数附近，不存在(AlxGa1-x)1-yInyP材料可以直接跃迁的区域。因此，即使呈现与GaP衬底晶格匹配的(AlxGa1-x)1-yInyP材料已在GaP衬底101上生长，也不可期望高效率地发光。另一方面，由于GaAs衬底的5.653晶格常数比GaP衬底的5.451晶格常数约大3.6％，当呈现与GaAs衬底晶格匹配的(AlxGa1-x)1-yInyP材料103、110和105已生长于GaAs衬底101上时，在生长的(AlxGa1-x)1-yInyP材料103、110和105中的所谓的不匹配位错(因晶格不匹配而产生的位错)会增加，以致于即使插入设置GaInP过渡层104以缓和晶格常数之差，非发光的复合中心也会随着发光的跃迁几率的降低而增多。亦即，由于在衬底上生长晶格常数不同的晶体，所以在生长的晶体晶格周期中会发生扰动，以致不能存在确定的禁带。结果，如图7A所示，无论是有源层110的导带底部(Ec)附近，还是价带顶部(Ev)附近，均不是抛物线形状，但每个均具有约几十meV的拖尾(tail)，如图7B所示，以致拖尾的尖端(tip end)Ec#、Ev#(位置不必确定)分别脱离导带和价带中的载流子的态密度G(E)的峰值P10、P20。结果，注入的载流子不易于在带端Ec、Ev附近复合，以致发光跃迁几率变小。因此，对于通过在GaP衬底101上生长呈现晶格与GaAs衬底匹配的(AlxGa1-x)1-yInyP材料103、110和105从而制备的直接跃迁式发光二极管，难以获得高的发光效率。实际上，其发光效率与图8的发光二极管相比低两个数量级以上。
这样，即使半导体衬底对于发光波长是透明的，以晶格与半导体衬底失配的状态而生长发光层(有源层)的半导体发光器件也存在不能获得高效率发光的问题。
本发明的目的在于提供一种半导体发光器件，其中以与半导体衬底晶格失配的状态在该半导体衬底上形成发光层(有源层)，由此可以获得高效率发光。
具体地讲，本发明的目的在于提供一种半导体发光器件，其中，在GaP衬底上形成产生于(AlxGa1-x)1-yInyP材料的本源材料的发光层，由此在红至绿的波长区域可以获得高效率的发光。
为了实现上述目的，本发明提供一种半导体发光器件，其中，以与半导体衬底晶格失配的状态，在半导体衬底上形成发光层，该发光层所发波长的光基本不被半导体衬底吸收，其中，
采用起发光复合中心作用的至少一种杂质对用做发光层基本材料的半导体材料掺杂。
本发明的半导体发光器件中，起发光复合中心作用的杂质，能在远离用做发光层基本材料的半导体材料的禁带端的位置和在禁带中形成杂质能级。此时，即使用做发光层基本材料的半导体材料的带端因与半导体衬底晶格失配而具有拖尾，但通过杂质能级的发光复合也不易于受拖尾的影响。因此，提高了内量子效率。而且，由发光层发出的光基本不被半导体衬底吸收，亦即，在半导体衬底中不发生这种会引起从价带顶部向导带底部跃迁的光吸收，从而也不降低外量子效率。因此，整体上提高了发光效率。
在一个实施例中，发光层包含两种杂质，包括形成施主能级(donor level)的第一杂质和形成受主能级(acceptor level)的第二杂质。
本实施例的半导体发光器件中，在由第一杂质形成的施主能级与由第二杂质形成的受主能级之间发生发光复合。因此，内量子效率高于仅包含第一杂质或第二杂质之一这两种情况，以致整体发光效率进一步提高。
一个实施例中，由第一杂质形成的施主能级位于距用做基本材料的半导体材料导带端30meV-200meV的范围内，而由第二杂质形成的受主能级位于距用做基本材料的半导体材料价带端30meV-200meV的范围内。
此时，用做发光层的基本材料的半导体材料的导带端和价带端，分别是指在以与半导体衬底晶格匹配的状态形成发光层的情况下的导带端和价带端。亦即，由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级由用做基本材料的半导体材料的原始带端限定。
本实施例的半导体发光器件中，由第一杂质形成的施主能级距离用做基本材料的半导体材料导带端30meV以上，由第二杂质形成的受主能级距离用做基本材料的半导体材料价带端30meV以上。结果，即使用做基本材料的半导体材料的导带端和价带端均因半体衬底与发光层之间的晶格失配而具有约几十meV的拖尾，但由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合也几乎不受拖尾的影响。而且，由第一杂质形成的施主能级位于距离用做基本材料的半导体材料导带端200meV以内，由第二杂质形成的受主能级位于距离用做基本材料的半导体材料价带端200meV以内。因此，这些第一和第二杂质分别有效地用做发光复合中心。于是，通过由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合而进一步提高了内量子效率。由此，整体上进一步提高了发光效率。
本发明提供一种半导体发光器件，其中，包括AlGaInP材料作为基本材料的发光层以与GaP衬底晶格匹配的状态生长于GaP衬底上，其中，
采用作为形成施主能级的第一杂质的氮、氧、硒、硫或碲，和作为形成受主能级的第二杂质的镁、锌或镉，对用做发光层基本材料的AlGaInP材料掺杂。
本发明的半导体发光器件中，氮、氧、硒、硫或碲作为第一杂质，在距离用做基本材料的AlGaInP材料导带端30meV-200meV的范围内，形成施主能级，而镁、锌或镉在距离用做基本材料的AlGaInP材料价带端30meV-200meV的范围内，形成受主能级。由第一杂质形成的施主能级距离用做基本材料的AlGaInP材料导带端300meV以上，由第二杂质形成的受主能级距离用做基本材料的AlGaInP材料价带端30meV以上。因此，即使用做基本材料的AlGaInP材料的导带端和价带端均因GaP衬底与发光层之间的晶格失配而具有约几十meV的拖尾，但由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合也几乎不受拖尾的影响。而且，由第一杂质形成的施主能级位于距离用做基本材料的AlGaInP材料导带端200meV以内，由第二杂质形成的受主能级位于距离用做基本材料的AlGaInP材料价带端200meV以内。因此，这些第一和第二杂质分别有效地用做发光复合中心。于是，通过由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合而进一步提高了内最子效率。此外，与由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的禁带宽度对应的发光层发出的从红至绿的波长的光基本不被GaP衬底吸收(GaP衬底对于AlGaInP材料的发光波长650nm-550nm是透明的)。因此，外量子效率也不会降低。因而，整体上发光效率被提高，在从红至绿的波长范围内可以获得高亮度发光。
从以下参照附图给出的具体说明将可更全面地了解本发明，该说明和附图仅仅是示意性的，并不对本发明进行限制。
图1是根据本发明第一实施例的结构图；
图2A和2B是根据本发明第一实施例的带状态图和载流子的态密度分布图；
图3是根据本发明第二实施例的结构图；
图4A和4B是根据本发明第二实施例的带状态图和载流子的态密度分布图；
图5是发光层和衬底的半导体材料的晶格常数和禁带宽度之间的关系图；
图6是GaP衬底上的发光二极管的结构图；
图7A和7B是GaP衬底上的发光二极管的带状态图和载流子的态密度分布图；
图8是已有技术的发光二极管的结构图；
图9A和9B是已有技术的发光二极管的带状态图和载流子的态密度分布图；
图10是已有技术的发光二极管的结构图；和
图11是已有技术的发光二极管的结构图。
以下，具体说明本发明的实施例。
图1展示了根据本发明第一实施例的AlGaInP发光二极管的剖面结构。通过如下步骤形成此发光二极管：在具有从(001)面在[110]方向倾斜15°的平面的n型GaP衬底上，例如通过MOCVD(金属有机物化学汽相淀积)，一个接一个地生长制备n型InGaP过渡层2、掺杂Si的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝1.0，y＝0.51)包覆层3、作为发光层的掺杂氮-锌的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝0.5，y＝0.51)有源层4、掺杂锌的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝1.0，y＝0.51)包覆层5和掺杂锌的GaP电流扩散层6；之后在GaP衬底1的底表面上和电流扩散层6的顶表面上分别设置n侧电极7和p侧电极8。尽管采用了15°倾斜的衬底1，但(100)面仍正是衬底。向用做有源层4的基本材料的(AlxGa1-x)1-yInyP材料掺杂的杂质浓度，对于作为形成施主能级的第一杂质的氮在1×1017-1×1019cm-3的范围内，而对于作为形成受主能级的第二杂质的锌在1×1017-1×1018cm-3的范围内。
由于(AlxGa1-x)1-yInyP材料3、4和5在GaP衬底1上是以晶格失配的状态生长的，所以无论是在有源层4导带底部(能量值Ec)附近还是在有源层4价带顶部(能量值Ev)附近，均不成为抛物线状，但是每个均具有约几十meV的拖尾，如图2A的能带图所示，因而拖尾的尖端(位置不必确定)脱离导带和价带中的载流子态密度G(E)的峰值P10、P20，如图2B所示。为此原因，在带端的正常发光的跃迁几率相对较小。
但是，对于此发光二极管，在有源层4中，氮作为第一杂质在距基本材料(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝0.5，y＝0.51)的导带端Ec(底部)30meV的位置形成施主能级E(N)，锌作为第二杂质在距基本材料(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝0.5，y＝0.51)的价带端(顶部)60meV的位置形成受主能级E(ZN)(图2B中的P1、P2分别展示了对应于这些施主能级E(N)和受主能级E(ZN)的态密度G(E)的峰值)。由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)分别距离带端Ec和Ev超过30meV，因而，由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)之间的发光复合几乎不受拖尾的影响。而且，因为由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)分别位于距离带端Ec和Ev为200meV以内，因此，这些氮和锌将有效地用做发光复合中心。于是，通过由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)之间的发光复合而提高了内量子效率。尽管有源层4发出的光的波长对应于由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)之间的禁带宽度ΔE1，但是由有源层4发出的光基本不被GaP衬底1吸收(因为GaP衬底对于AlGaInP材料的发光波长650nm-550nm是透明的)，以致外量子效率也不会降低。因而，整体发光效率被提高。
实际上，对于第一实施例的发光二极管，对应于由氮形成的施主能级E(N)和由锌形成的受主能级E(ZN)之间的禁带宽度ΔE1＝2.16eV，发光波长变成547nm。此时，可以获得1.0％的发光效率。与此相反，对于其中AlGaInP材料生长于GaAs衬底上的晶格匹配式发光二极管，如图8所示，当非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210的混晶比x＝5.0，y＝0.51时，对应于禁带宽度Eg(＝2.25eV)，发光波长变成550nm。此时，所得到的发光效率为0.1％。因此，与相同有源层混晶比x，y的情况相比，发现具有第一实施例结构的发光二极管的发光效率可比图8的发光二极管成十倍地提高。而且，对于其中AlGaInP材料生长于GaAs衬底上的晶格匹配式发光二极管，如图8所示，当非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210具有混晶比x＝0.38，y＝0.51时，发光波长相应地成为572nm。此时，所得到的发光效率为0.35％。因此，在基本上相同的发光波长的条件下相比，发现具有第一实施例结构的发光二极管的发光效率可比图8的发光二极管成三倍地提高。
在有源层4中掺杂氮有利于缩短波长。这是因为即使当有源层4的Al混晶比增加大到x＝0.75从而进入直接跃迁区(见图5)时，也可以通过氮的掺杂而形成等电子能级，导致直接跃迁，以致提高了发光跃迁几率。实际上，在x＝0.75，y＝0.51的条件下，对于发光波长555nm获得0.2％的发光效率。
图3展示了根据本发明第二实施例的AlGaInP族发光二极管的剖面结构。通过如下步骤形成此发光二极管：在具有从(001)面在[110]方向倾斜15°的平面的n型GaP衬底上11，例如通过MOCVD(金属有机物化学汽相淀积)工艺，一个接一个地生长制备n型InGaP过渡层12、掺杂Si的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝1.0，y＝0.15)包覆层13、作为发光层的掺杂硒-镁的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝0.5，y＝0.15)有源层14、掺杂锌的(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝1.0，y＝0.51)包覆层15和掺杂锌的GaP电流扩散层16；之后在GaP衬底11的底表面上和电流扩散层16的顶表面上分别设置n侧电极17和p侧电极18。尽管采用了如第一实施例15°倾斜衬底1，但(100)面仍正是衬底。向用做有源层14的基本材料的(AlxGa1-x)1-yInyP材料掺杂的杂质浓度，对于作为形成施主能级的第一杂质的硒在1×1017-1×1019cm-3的范围内，对于作为形成受主能级的第二杂质的镁在1×1017-1×1018cm-3的范围内。
由于(AlxGa1-x)1-yInyP材料13、14和15在GaP衬底11上是以晶格失配的状态生长的，所以无论是在有源层14导带底部(能量值Ec)附近还是在有源层14价带顶部(能量值Ev)附近均不成为抛物线状，但是每个均具有约几十meV的拖尾，如图4A的能带图所示，因而拖尾的尖端(位置不必确定)脱离导带和价带中的载流子态密度G(E)的峰值P10、P20，如图4B所示。为此原因，在带端的正常发光的跃迁几率相对较小。
但是，对于此发光二极管，在有源层14中，硒作为第一杂质在距基本材料(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝1.0，y＝0.51)的导带端Ec(底部)190meV的位置形成施主能级E(Se)，镁作为第二杂质在距基本材料(AlxGa1-x)1-yInyP(x＝0.5，y＝0.51)的价带端(顶部)64meV的位置形成受主能级E(Mg)(图4B中的P1、P2展示了分别对应于这些施主能级E(Se)和受主能级E(Mg)的态密度G(E)的峰值)。由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)分别距离带端Ec和Ev超过30meV，因而，由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)之间的发光复合几乎不受拖尾的影响。而且，因为由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)分别位于距离带端Ec和Ev为200meV以内，因此，这些硒和镁将有效地用做发光复合中心。于是，通过由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)之间的发光复合而提高了内量子效率。尽管有源层14发出的光的波长对应于由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)之间的禁带宽度ΔE2，但是由有源层14发出的光基本不被GaP衬底11吸收(因为GaP衬底对于AlGaInP材料的发光波长650nm-550nm是透明的)，以致外量子效率也不会降低。因而，整体发光效率被提高。
实际上，对于第二实施例的发光二极管，对应于由硒形成的施主能级E(Se)和由镁形成的受主能级E(Mg)之间的禁带宽度ΔE2＝2.00eV，发光波长变成621nm。此时，可以获得4.5％的发光效率。与此相反，对于其中AlGaInP材料生长于GaAs衬底上的晶格匹配式发光二极管，如图8所示，当掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210的混晶比x＝0.5，y＝0.51时，对应于禁带宽度Eg(＝2.25eV)，发光波长变成550nm。此时，所得到的发光效率为0.1％。因此，与相同有源层混晶比x，y的情况相比，发现具有第一实施例结构的发光二极管的发光效率可比图8的发光二极管成十倍地提高。而且，对于其中AlGaInP材料生长于GaAs衬底上的晶格匹配式发光二极管，如图8所示，当非掺杂的(AlxGa1-x)1-yInyP有源层210具有混晶比x＝0.08，y＝0.51时，发光波长相应地变成635nm。此时，所得到的发光效率为0.15％。因此，在基本上相同的发光波长的条件下相比，发现具有第一实施例结构的发光二极管的发光效率可比图8的发光二极管成三倍地提高。
此外，除了氮和硒之外还可以采用硫、碲等作为形成施主能级的第一杂质，除了锌和镁之外还可以采用镉作为形成受主能级的第二杂质。
而且，可以采用AlGaAs等代替GaP作为电流扩散层6、16的材料。
第一和第二实施例的发光二极管是作为具有有源层的双异质结式而提供的，该有源层被具有大的禁带宽度的包覆层所夹置。但是，本发明当然不限制于此。本发明可以广泛地应用于单异质结式发光二极管、同质结式发光二极管和其他半导体发光器件。
从以上说明可知，本发明的半导体发光器件中，在半导体衬底上以与半导体衬底晶格失配的状态，形成其所发出的波长的光基本不被半导体衬底吸收的发光层，并且起发光复合中心作用的杂质在远离用做发光层基本材料的半导体材料的禁带中的带端的位置形成杂质能级。因此，即使用做发光层基本材料的半导体材料的带端因与半导体衬底晶格失配而具有拖尾，但通过杂质能级的发光复合仍不易受拖尾的影响。结果，内量子效率被提高。而且，由发光层发出的光基本不被半导体衬底吸收，以致外量子效率也不会降低。因而，整体发光效率被提高。
在本实施例中的半导体发光器件中，由于采用两种杂质，即形成施主能级的第一杂质和形成受主能级的第二杂质，所以在由第一杂质形成的施主能级与由第二杂质形成的受主能级之间发生发光复合。因此，内量子效率高于仅掺杂第一杂质或第二杂质之一这两种情况，以致整体发光效率进一步提高。
在实施例的半导体发光器件中，由第一杂质形成的施主能级位于距用做基本材料的半导体材料导带端30meV-200meV的范围内，由第二杂质形成的受主能级位于距用做基本材料的半导体材料价带端30meV-200meV的范围内。因此，即使用做基本材料的半导体材料的导带端和价带端均因半导体衬底与发光层之间的晶格失配而具有约几十meV的拖尾，但由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合仍几乎不受拖尾的影响。而且，这些第一和第二杂质分别有效地用做发光复合中心。于是，通过由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合而进一步提高了内量子效率。由此，进一步提高了整体发光效率。
本发明的半导体发光器件中，其中在GaP衬底上以与GaP衬底晶格失配的状态，生长包括作为基本材料的AlGaInP材料的发光层，在用做发光层基本材料的AlGaInP材料中，掺杂氮、氧、硒、硫或碲作为形成施主能级的第一杂质，并掺杂镁、锌或镉作为形成受主能级的第二杂质。因此，氮、氧、硒、硫或碲作为第一杂质，在距离用做基本材料的AlGaInP材料导带端30meV-200meV的范围内，形成施主能级，而镁、锌或镉作为第二杂质在距离用做基本材料的AlGaInP材料价带端30meV-200meV的范围内，形成受主能级。结果，即使用做基本材料的AlGaInP材料的导带端和价带端，均因GaP衬底与发光层之间的晶格失配而具有约几十meV的拖尾，但由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合仍几乎不受拖尾的影响。而且，这些第一和第二杂质分别有效地用做发光复合中心。于是，通过由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的发光复合而进一步提高了内量子效率。此外，与由第一杂质形成的施主能级和由第二杂质形成的受主能级之间的禁带宽度对应的发光层发出的从红至绿的波长的光基本不被GaP衬底吸收，因此，外量子效率也不会降低。因而，整体发光效率被提高，在从红至绿的波长范围内可以获得高亮度发光。
以上所说明的本发明显然可以按多种方式变化。这些变化不被认为是脱离了本发明的精髓和范围，所有这些改进对于本领域的技术人员来说均是显而易见的，并被包括于所附权利要求书的范围之内。
Claims (4)
1.一种半导体发光器件，其中，以与半导体衬底(1、11)晶格失配的状态，在半导体衬底(1、11)上形成发光层(4、14)，发光层(4、14)所发波长的光基本不被半导体衬底(1、11)吸收，其特征在于，
采用起发光复合中心作用的至少一种杂质对用做发光层基本材料的半导体材料掺杂。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，
发光层(4、14)包括两种杂质，其包括形成施主能级的第一杂质和形成受主能级的第二杂质。
3.根据权利要求2所述的半导体发光器件，其中，
由第一杂质形成的施主能级位于距用做基本材料的半导体材料导带端30meV～200meV的范围内；和
由第二杂质形成的受主能级位于距用做基本材料的半导体材料价带端30meV-200meV的范围内。
4.一种半导体发光器件，其中，包括AlGaInP材料作为基本材料的发光层(4、14)以与GaP衬底(1、11)晶格失配的状态生长于GaP衬底(1、11)上，其特征在于，
采用作为形成施主能级的第一杂质的氮、氧、硒、硫或碲，和作为形成受主能级的第二杂质的镁、锌或镉，对用做发光层(4、14)基本材料的AlGaInP材料掺杂。
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